吸气流速对慢性阻塞性肺疾病急性加重期机械通气患者的生理学影响.pdf

实用医学杂志2 0 0 7年第2 3卷第9期气流受限是慢性阻塞性肺疾病(C O P D)的主要特征。气流受限的进一步加重则是病情急性加重期呼吸衰竭的主要原因1。机械通气治疗中吸气流速设定时,应满足患者呼吸中枢驱动的需求。但具体应用水平尚有很大争议。吸气流速过慢,则不能满足呼吸中枢驱动需求,导致呼吸肌肉活动增强和疲劳,呼吸衰竭进一步加重;而吸气流速过快,则又可引起气道压力增高和抑制呼吸肌肉活动,有可能导致气胸、通气量增高和人机不同步,最终呼吸衰竭也加重。而目前尚缺乏吸气流速设定的统一标准。所以进一步探讨吸气流速对呼吸肌肉活动和呼吸方式的生理学效应和寻求一种确定最佳吸气流速的实用方法或策略具有重要的临床意义。1对象与方法1.1对象选择广州医学院第一附属医院2 0 0 3-2 0 0 4年1 0例入住I C U进行机械通气(插管或气管切开)的C O P D病人。经过综合治疗患者病情改善且相吸气流速对慢性阻塞性肺疾病急性加重期机械通气患者的生理学影响罗群何国清摘要目的:探讨不同吸气流速水平对慢性阻塞性肺疾病(C O P D)并呼吸衰竭机械通气患者呼吸肌肉活动和呼吸方式的生理学效应。方法:1 0例C O P D并呼吸衰竭患者接受辅助/控制通气(A/C)模式不同吸气流速水平(F 3 0、F 7 0和F 1 1 0分别代表吸气流速为3 0、7 0、1 1 0L/m i n)的机械通气,观察患者吸气肌肉用力、呼吸方式和气道压力的变化。结果:(1)随吸气流速的加快,呼吸频率(R R)进行性增快F 3 0、F 7 0和F 1 1 0时的R R分别为(1 2.0 02.1 1)、(1 5.3 0 2.2 1)和(1 9.0 0 2.5 4)次/m i n,P0.0 1;V E进行性增高;患者吸气时间则进行性减少F 3 0、F 7 0和F 1 1 0时的T i分别为(1.5 6 0.0 9)、(0.9 1 0.1 0)和(0.7 2 0.0 9)s,P0.0 1。(2)F 3 0时的气道压力(P a o)为(2 3.6 63.3 4)c m H2O,较F 7 0和F 1 1 0时均显著增高 分别为(1 3.8 2 1.7 7)、(1 7.2 8 2.9 6)c m H2O,P0.0 1;而F 1 1 0时的P a o又比F 7 0的显著增高(P0.0 1)。(3)F 3 0、F 7 0和F 1 1 0时的压力时间乘积(P T P)分别为(1 7.7 34.0 9)、(4.2 80.8 7)和(3.0 6 0.6 4)c m H2OS/L,与F 3 0相比,F 7 0和F 1 1 0时的P T P亦显著降低(P0.0 5)。结论:本研究证实了在C O P D并呼吸衰竭机械通气的患者中,中等吸气流速水平可在不增加气道压力的前提下有效地降低患者吸气努力和缩短吸气时间。关键词肺疾病,慢性阻塞性吸气流速机械通气P h y s i o l o g i ce f f e c to fi n s p i r a t o r yf l o w r a t eo n t h ep a t i e n t sw i t h a c u t ee x a c e r b a t i o n o fc h r o n i co b s t r u c t i v ep u l mo n a r yd i s e a s ef o rme c h a n i c a l v e n t i l a t i o n L U OQ u n,H EG u o-q i n g.R e s p i r a t o r yD e p a r t m e n t,t h eF i r s t A f f i l i a t e dH o s p i t a l o f G u a n g z h o uM e d i c a l C o l l e g e,G u a n g z h o u5 1 0 1 2 0,C h i n a.【A b s t r a c t】O b j e c t i v e T o i n v e s t i g a t e t h e e f f e c t o f i n s p i r a t o r y f l o wr a t e o nt h e p a t i e n t s w i t ha c u t e e x a c e r b a t i o no fc h r o n i co b s t r u c t i v ep u l m o n a r yd i s e a s ef o rm e c h a n i c a l v e n t i l a t i o n.Me t h o d s T e np a t i e n t sw i t ha c u t ee x a c e r b a t i o no fc h r o n i c o b s t r u c t i v e p u l m o n a r y d i s e a s e r e c e i v e dd i f f e r e n t i n s p i r a t o r y f l o wr a t e(F 3 0,F 7 0a n dF 1 1 0)d u r i n g m e c h a n i c a lv e n t i l a t i o n.T h e c h a n g e o f i n s p i r a t o r y m u s c l e e f f o r t a n db r e a t h i n g p a t t e r no f t h ep a t i e n t s w e r eo b s e r v e d.R e s u l t s T h e r ew a sp r o g r e s s i v ei n c r e a s ei nt h er e s p i r a t o r yr a t e(R R)a n dm i n u t ev e n t i l a t i o n(V E)i nr e s p o n s et oi n c r e a s ei ni n s p i r a t o r yf l o wr a t ed u r i n gm e c h a n i c a l v e n t i l a t i o n(P0.0 1),w h i l et h ep a t i e n t s i n s p i r a t o r yt i m e(T i)d u r i n gF 3 0,F 7 0a n dF 1 1 0w e r ep r o g r e s s i v e l yd e c r e a s e d,b e i n g(1.5 60.0 9),(0.9 10.1 0)a n d(0.7 20.0 9)s e c,r e s p e c t i v e l y.T h ea i r w a yp r e s s u r e(P a o)d u r i n g F 3 0,F 7 0a n dF 1 1 0w e r e(2 3.6 63.3 4),(1 3.8 21.7 7)a n d(1 7.2 82.9 6)c m H2O,r e s p e c t i v e l y.T h eP a od u r i n gF 3 0w a s s i g n i f i c a n t l yh i g h e r t h a nt h a t d u r i n gF 7 0a n dF 1 1 0(P0.0 1),w h i l et h eP a od u r i n g F 7 0w a s s i g n i f i c a n t l y l o w e r t h a nt h a t d u r i n g F 1 1 0.T h e p r e s s u r e-t i m e p r o d u c t(P T P)r e d u c e ds i g n i f i c a n t l y d u r i n gF 7 0(4.2 80.8 7)c m H2OS/Lv s(1 7.7 34.0 9)c m H2OS/L,P0.0 1a n dF 1 1 0(3.0 60.6 4)c m H2OS/Lv s(1 7.7 34.0 9)c m H2OS/L,P0.0 5).C o n c l u s i o n O u r d a t ac o n f i r mt h em e d i a ni n s p i r a t o r yf l o wr a t e(F 7 0)c a nu n l o a di n s p i r a t o r ym u s c l e s a n dd e c r e a s e di n p i r a t o r yt i m ei nt r e a t i n gp a t i e n t s f o r a c u t ee x a c e r b a t i o no f c h r o n i co b s t r u c t i v ep u l m o n a r yd i s e a s ed u r i n g m e c h a n i c a l v e n t i l a t i o n,w h i l e d i dn o t s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e t h e a i r w a y p r e s s u r e.【K e yWo r d s】P u l m o n a r y d i s e a s e,c h r o n i c o b s t r u c t i v e I n s p i r a t o r y f l o wr a t e M e c h a n i c a l v e n t i l a t i o n基金项目:广州医学院科研基金项目(编号:0 4-K-0 6)作者单位:5 1 0 1 2 0广州医学院第一附属医院,广州呼吸病研究所1 3 1 2实用医学杂志2 0 0 7年第2 3卷第9期对稳定,能进行交流和配合。均已行压力支持辅助机械通气(P S V)。患者均为男性,年龄6 27 5岁,平均(7 2.2 1.9 9)岁。经鼻气管插管8例,气管切开2例。实验前气管插管或气管切开通气天数8 7 3 d,平均(1 7.4 2 2.5)d。通过病史,体检或X线检查及肺功能检查符合全国呼吸疾病学会关于C O P D诊治指南,并排除其他的心肺疾病。1.2检测方法1.2.1食管压、腹内压和气道开口压测定按常规方法通过放置食管囊管于食管中下段1/3附近和胃囊管于胃中来监测食管内压和腹内压的变化,从而反映胸膜腔内压和腹内压变化。食管囊管 胃囊管以及气道开口连接压力感受器(美国V I G G-S P E C T R A M E D(S)P T EL T D公司产,型号:p 2 3 x l)进行压力动态监测。1.2.2实验用呼吸机采用D r a g e r E v i t a 4呼吸机(德国)。1.2.3数据采集和分析所有信号连接模数转换板(1 2位8通道,L a b v i e wC o,U S A),在L a b v i e w软件支持下进行数据采集。采集频率为3 0 0 0 H z。实验结束后用电脑软件(M i c r o c a l O r i g i n,U S A)计算和分析数据。1.3检测和计算的指标1.3.1压力检测同步动态监测食管内压(P e s o)腹内压(P g a)和气道开口压(P a w)。1.3.2压力时间乘积的计算它是吸气肌肉产生的压力对时间的积分。吸气肌肉产生的压力可以通过食管压力的检测计算出来2。食管压同时受吸气肌肉收缩和胸壁的弹性回缩力(P e s,c w)的作用。P e s,c w可以通过吸气肺容量(V L)与胸壁的弹性阻力(E c w)的乘积计算,即:P e s,c w=E c wV L+P e s,c w(e e x p)。P e s,c w(e e x p)是呼气末过渡为吸气开始时的胸壁弹性回缩压的基础值。吸气相P e s,c w曲线与P e s曲线围成的面积即为吸气时的压力时间乘积(P T P i n s)。见图1。1.3.3呼吸参数的计算动态检测呼吸频率(R R),计算出分钟通气量(V E)与吸气时间(T i)。采用层流型流量计(F l e i s hN o 2P n e u m o t a c h g r a p h)和差分压力传感器(U S A,V a l i d y n e C o)检测呼吸流量。呼吸容量的测定通过流量对时间的积分求得。1.4实验步骤1.4.1潮气量的设定实验前一天用P S V通气,调节压力水平至患者感觉舒适,取稳定状态时连续1 5个呼吸以计算潮气量(V t)的平均值,作为A C模式的V t通气参数。1.4.2实验过程常规表面麻醉后放置食管囊管和胃囊管。用A/C模式通气,潮气量为实验前一天测得的平均潮气量(V t)并维持不变,后备呼吸频率均为0.5次/m i n,以确保所有的呼吸机送气均为患者吸气触发。吸气流速波形均为递减波。随机改变吸气流速,分别为3 0、7 0、1 1 0 L/m i n(分别以F 3 0、F 7 0和F 1 1 0代表)。每个吸气流速水平持续通气1 5m i n以上,直到呼吸平稳,通气前段5 m i n和后段5 m i n进行实时采集呼吸资料。完成每个吸气流速水平的检测后将通气模式改为P S V进行通气1 5 m i n以上,达到稳态后进入下一个吸气流速水平的检测。直到实验结束。整个实验过程同步监测血压、心率和体表血氧饱和度。1.5统计分析采用S P S S1 0.0软件包进行统计分析。所有数据均采用均数标准差来表示。P S V与A/C模式不同吸气流速水平间生理参数的差别用单变量方差分析比较;P0.0 5为差异有显著性。2结果所有患者均能完成实验的全部过程。在整个实验过程没有观察到不良反应。实验资料见表1。2.1实验通气参数实验前P S V水平为(1 4.5 02.0 7)c m H2O,E P A P为(2.2 3 0.5 0)c m H2O。实验时V T为(0.4 3 0.1 0)L。2.2通气过程中的呼吸应答2.2.1呼吸方式的反应与P S V相比较,F 3 0时的R R显著降低(P0.0 5);而F 1 1 0时的R R比P S V时增快(P0.0 1);随吸气流速的加快,R R进行性增快,V E进行性增高,患者吸气时间则进行性减少(P0.0 1)。2.2.2气道压力的变化F 3 0时的P a o较P S V、F 7 0和F 1 1 0时均显著增高(P0.0 1);而F 1 1 0时的P a o又比F 7 0的显著增高(P0.0 1)。2.2.3压力时间乘积(P T P)的变化与P S V相比较,F 3 0时的P T P明显增高(P0.0 1);F 7 0和F 1 1 0时的P T P则显著降低(P0.0 1)。与F 3 0相比,F 7 0和F 1 1 0时的P T P亦显著降低(P0.0 5)。3讨论C O P D是一种以气流受限为特征的疾病。病情急性加重时其呼吸气流受限更为显著。呼吸气流受限的危害性有:(1)直接引起气道阻力增高和呼吸肌肉负图1压力时间乘积图840-40234时间(s)压力(c m H2O)1 3 1 3实用医学杂志2 0 0 7年第2 3卷第9期注:与P S V比较,*P0.0 5,*P0.0 1;与F 3 0比较,P0.0 5,P0.0 1;与F 7 0比较,#P0.0 1荷增加导致呼吸肌肉疲劳、肺通气量下降和呼吸衰竭。(2)产生动态肺过度充气和内源性呼气末正压,导致吸气肌形态变化和处于长度-张力比的不利状态,减少吸气肌的工作效率和收缩力。(3)机械通气时引起气道峰压和平台压增高并有可能诱发气胸。目前呼吸气流受限对人体呼吸方式和呼吸肌肉活动的具体影响机制尚未清楚,但现有的基础生理学研究认为人体气管、支气管树内分布有很多的机械性受体,流速受体是其中重要的机械性受体之一。它能感应气管、支气管树内气体流速变化,并通过迷走神经传输到大脑呼吸中枢,从而调节呼吸方式和呼吸肌肉活动。因此,为了机械通气能在C O P D急性加重期患者中更好地发挥作用,我们有必要进一步深入探讨C O P D急性加重期患者接受不同吸气流速水平时的临床和呼吸生理学变化的规律。对于中重度C O P D急性加重患者,当出现严重的呼吸衰竭时,机械通气是重要的治疗措施之一。机械通气时,适当提高吸气流速是C O P D患者重要的治疗策略之一。尽管多数临床医师均知道合理吸气流速的重要性,目前有关提示的吸气流速合理应用水平的文献资料却很少,且对其合理应用水平仍存在很大的争议。与F e r n a n d e z等3的研究结果相似,本研究结果发现,随吸气流速的加快,患者呼吸频率呈渐进性增快,分钟通气量增高,患者吸气时间缩短。呼吸频率增快和患者吸气时间缩短的原因目前尚未清楚,考虑与大气道流速相关受体受刺激并通过迷走神经传导和大脑呼吸中枢直接调节呼吸方式有关。而气道压力以低吸气流速水平(F 3 0)时最高,中等吸气流速水平(F 7 0)时最低。理论上,吸气流速的合理应用水平应是在不增加气道压力与减少气胸危险的前提下提高吸气流速,从而有利于降低病人机械通气时的吸气努力水平、缩短吸气时间和延长呼气时间以减少动态肺过度充气与内源性呼气末正压。L e a t h e r m a n等4的研究认为应用高吸气流速(1 0 0L/m i n)可改善氧合和减轻动态肺过度充气和内源性呼气末正压。我国部分学者亦提倡高吸气流速(8 01 0 0L/m i n)。B u s h a和K o n d i l i等5-6研究发现在吸气早期增加吸气流量时可经迷走神经反射反馈,从而缩短吸气时间和减轻吸气努力。而本研究结果提示,随吸气流速的加快,患者的P T P呈渐进性下降;但在高吸气流速水平(F 1 1 0)时患者P T P并没有比中等吸气流速水平(F 7 0)时显著降低。C o r n e等7的研究亦证实增加吸气流速对膈肌活动功能有两种相反的作用:(1)吸气流速较低时由于膈肌长度-张力的关系,抑制膈肌活动。(2)当吸气流速进一步增加时可抵消长度-张力关系的副作用,导致膈肌活动增强。本研究结果还发现,在呼吸方式(R R、V T和V E)基本相似的情况下,辅助/控制通气模式F 7 0时的患者吸气努力(P T P)比压力支持通气时更小。这说明辅助/控制通气模式比压力支持通气更能缓解C O P D患者的呼吸肌肉疲劳。综上所述,本研究证实了在C O P D并呼吸衰竭机械通气的患者中,中等吸气流速水平可在不增加气道压力的前提下,有效地降低患者吸气努力和缩短吸气时间;低吸气流速水平可增加气道压力和患者吸气努力,延长吸气时间;高吸气流速水平虽可有效地降低患者吸气努力和缩短吸气时间,但可增加气道压力和患者呼吸频率。4参考文献We d z i c h aJ A,D o n a l d s o nGC.E x a c e r b a t i o no f c h r o n i co b s t r u c t i v ep u l m o n a r yd i s e a s eJ.R e s p i r C a r e,2 0 0 3,4 8(1 2):1 2 0 4-1 2 1 3.罗群,李缨,陈荣昌,等.慢性阻塞性肺疾病急性发作期患者对比例辅助通气的生理反应 J.中华结核和呼吸杂志,2 0 0 4,2 7(1 1):7 4 3-7 4 7.F e r n a n d e zR,M e n d e zM,Y o u n e sM.E f f e c t o f v e n t i l a t o r f l o wr a t eo nr e s p i r a t o r yt i m i n gi nn o r m a l h u m a n sJ.A mJ R e s p i r C r i t C a r eM e d,1 9 9 9,1 5 9(3):7 1 0-7 1 9.L e a t h e r m a nJ W.M e c h a n i c a l v e n t i l a t i o ni no b s t r u c t i v el u n gd i s e a s eJ.C l i n i c s I nC h e s t M e d i c i n e,1 9 9 6,1 7(3):5 7 7-5 9 0.B u s h aBF,S t e l l s M H,M a n n i n gHL,e t a l.T e r m i n a t i o no fi n s p i r a t i o nb yp h a s e-d e p e n d e n t r e s p i r a t o r yv a g a l f e e d b a c ki na w a k en o r m a l h u m a n sJ.J A p p l P h y s i o l,2 0 0 2,9 3(3):9 0 3-9 1 0.K o n d i l i E,P r i n i a n a k i sG,A n a s t a s a k i M,e t a l.A c u t ee f f e c t so fv e n t i l a t o r s e t t i n g s o nr e s p i r a t o r ym o t o r o u t p u t i np a t i e n t s w i t ha c u t el u n gi n j u r yJ.I n t e n s i v eC a r eM e d,2 0 0 1,2 7(7):1 1 4 7-1 1 5 7.C o r n eS,We b s t e r K,Y o u n e sM.E f f e c t so f i n s p i r a t o r yf l o wo nd i a p h r a g m a t i cm o t o r o u t p u t i nn o r m a l s u b j e c t sJ.J A p p l P h y s i o l,2 0 0 0,8 9(2):4 8 1-4 9 2.(收稿:2 0 0 6-1 2-1 2修回:2 0 0 7-0 2-1 2)表1 P S V及A/C模式时呼吸方式和吸气努力的变化P S VF 3 0F 7 0F 1 1 0R R(次/m i n)1 5.9 0 3.4 81 2.0 0 2.1 1*1 5.3 0 2.2 11 9.0 0 2.5 4*#T i(s)1.0 4 0.0 41.5 6 0.0 9*0.9 1 0.1 0*0.7 2 0.0 9*#V E(L/m i n)1 1.1 2 1.7 91 0.0 2 1.1 11 1.3 3 1.1 61 3.2 1 1.4 1*#P a o(c m H2O)1 4.5 0 2.0 72 3.6 6 3.3 4*1 3.8 2 1.7 71 7.2 8 2.9 6*#P T P/L(c m H2O.S/L)7.9 4 1.7 41 7.7 3 4.0 9*4.2 8 0.8 7*3.0 6 0.6 4*x s12345671 3 1 4